(57)【要約】【課題】工程負担を低減して生産性をより向上させる。【解決手段】ワークとしての中間材２０ｃの外径Ｗ１と略同径の外径Ｐ１をもって中間材２０ｃの軸端面を押圧する押圧部４２と中間材２０ｃの凹部２２の内径Ｗ２よりも小さな径の外径Ｐ２の太軸部４４ａを有する突出部４４とが同軸上に形成されたパンチ４０とを備える上型と、中間材２０ｃの外径Ｗ１と略同径の内径Ｄ１をもって中間材２０ｃを載置するの載置部５２とテーパ部５４と内径Ｄ１よりも小さな内径Ｄ２の円筒部５６とが同軸上に形成されたダイス５０を備える下型とによりプレス機を構成し、中間材２０ｃの外径Ｗ１とダイス５０の載置部５２の内径Ｄ１とを、軸絞り成形に要する軸絞り荷重がツブシ成形に要するツブシ荷重よりも大きくなるよう設計する。これにより、ツブシ成形と軸絞り成形とをこの順で１ストロークにより行なうことができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸中心に中空部を有する円柱状のワークをセット可能な第１の内径部と該第１の内径部よりも小さな径の軸絞り用の第２の内径部とが同軸上に形成されたダイスと、前記第１の内径部にセットされた前記ワークの軸端面を前記第２の内径部側に向けて押圧可能に外径が前記第１の内径部の内径と略同径の押圧部と該押圧部による前記ワークの押圧に伴って該ワークの中空部の内径よりも小さな外径をもって該中空部に挿入される凸部とが同軸上に形成されたパンチと、を備えるプレス機を用いて、前記ワークをプレス加工して軸中心に内径が前記パンチの凸部の外径と略同径の加工後凹部を有すると共に外径が前記第１の内径部と略同径の第１の外径部と前記第２の内径部と略同径の第２の外径部とを有するシャフトを製造するシャフトの製造方法であって、
前記ワークの軸端面を前記パンチの押圧部で押圧することによりつぶして前記ワークの中空部の内径を前記パンチの凸部の外径まで縮径させて前記加工後凹部を形成するツブシ成形と、前記ワークの軸端面を前記パンチの押圧部で押圧することにより該ワークを前記第２の内径部に押し出して前記第１の外径部と前記第２の外径部とを形成する押し出し成形とが１ストロークで行なわれるよう、前記ワークの形状と前記ダイスの第１の内径部の形状とを前記ツブシ成形に要する荷重が前記押し出し成形に要する荷重よりも大きくなるよう設定して、該ワークを前記プレス機を用いてプレス加工する
ことを特徴とするシャフトの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のシャフトの製造方法であって、
前記ワークの中空部には、前記加工後凹部よりも内径が大きな加工前凹部と該加工前凹部の底に設けられた貫通孔とが同軸上に形成され、
前記パンチの凸部には、外径が前記貫通孔の内径よりも小さな径と、外径が前記貫通孔の内径よりも大きく前記加工前凹部の内径よりも小さな径とが同軸上に段差をもって形成されてなる
ことを特徴とするシャフトの製造方法。
【請求項３】
前記ワークの加工前凹部をプレス加工により成形することを特徴とする請求項２項に記載のシャフトの製造方法。
【請求項４】
冷間鍛造を用いて前記ワークをプレス加工することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項に記載のシャフトの製造方法。
【請求項５】
前記プレス機は、トランスファー方式またはタンデム方式のプレス加工で行なう複数の工程のうち中間工程に用いられることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載のシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトの製造方法に関し、詳しくは、軸中心に中空部を有する円柱状のワークをセット可能な第１の内径部と該第１の内径部よりも小さな径の軸絞り用の第２の内径部とが同軸上に形成されたダイスと、前記第１の内径部にセットされた前記ワークの軸端面を前記第２の内径部側に向けて押圧可能に外径が前記第１の内径部の内径と略同径の押圧部と該押圧部による前記ワークの押圧に伴って該ワークの中空部の内径よりも小さな外径をもって該中空部に挿入される凸部とが同軸上に形成されたパンチと、を備えるプレス機を用いて、前記ワークをプレス加工して軸中心に内径が前記パンチの凸部の外径と略同径の加工後凹部を有すると共に外径が前記第１の内径部と略同径の第１の外径部と前記第２の内径部と略同径の第２の外径部とを有するシャフトを製造するシャフトの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のシャフトの製造方法としては、円柱形状の粗材に対して軸中心にドリル加工（穴明工程）を施して貫通孔を形成し、この貫通孔付きの穴明粗材を挿入できるダイスと貫通孔に嵌合する軸部分とこれよりも大きな外径の軸部分とを段状に形成したパンチとを用いて冷間鍛造（後方押し出し）により貫通孔よりも内径が大きな径大部（凹部）を同軸上に段状に形成して段付粗材とし、段付粗材がセットされる挿入部とテーパ状の絞り部とからなるダイスと段付粗材の貫通孔に嵌合する軸部分と径大部に嵌合する軸部分とを段状に形成したパンチとを用いて冷間鍛造（軸絞り）により軸絞り成形を行なうことによりシャフトを製造するものが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０７−２１４２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、軸絞り成形前の円柱形状のワークの凹部（径大部）を、前述した後方押し出し成形によるプレス加工（冷間鍛造）によって形成することにより工程負担を小さくすることができるが、プレス加工を用いる場合にはワークの外径の断面積に対して後方押し出し成形が可能なワークの凹部の内径の断面積の比率（断面積比率）に制約があるため、成形すべきシャフトの仕様によっては制約の範囲内でワークの凹部の内径を完成品のシャフトの凹部の内径に一致するようにプレス加工することができない場合が生じる。この場合、ワークの凹部を切削加工により成形することを考えることができるが、工程負担が大きくなり、生産性を低下させてしまう。
【０００４】
本発明のシャフトの製造方法は、工程負担を低減して生産性をより向上させることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のシャフトの製造方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明のシャフトの製造方法は、
軸中心に中空部を有する円柱状のワークをセット可能な第１の内径部と該第１の内径部よりも小さな径の軸絞り用の第２の内径部とが同軸上に形成されたダイスと、前記第１の内径部にセットされた前記ワークの軸端面を前記第２の内径部側に向けて押圧可能に外径が前記第１の内径部の内径と略同径の押圧部と該押圧部による前記ワークの押圧に伴って該ワークの中空部の内径よりも小さな外径をもって該中空部に挿入される凸部とが同軸上に形成されたパンチと、を備えるプレス機を用いて、前記ワークをプレス加工して軸中心に内径が前記パンチの凸部の外径と略同径の加工後凹部を有すると共に外径が前記第１の内径部と略同径の第１の外径部と前記第２の内径部と略同径の第２の外径部とを有するシャフトを製造するシャフトの製造方法であって、
前記ワークの軸端面を前記パンチの押圧部で押圧することによりつぶして前記ワークの中空部の内径を前記パンチの凸部の外径まで縮径させて前記加工後凹部を形成するツブシ成形と、前記ワークの軸端面を前記パンチの押圧部で押圧することにより該ワークを前記第２の内径部に押し出して前記第１の外径部と前記第２の外径部とを形成する押し出し成形とが１ストロークで行なわれるよう、前記ワークの形状と前記ダイスの第１の内径部の形状とを前記ツブシ成形に要する荷重が前記押し出し成形に要する荷重よりも大きくなるよう設定して、該ワークを前記プレス機を用いてプレス加工する
ことを特徴とする。
【０００７】
この本発明のシャフトの製造方法では、ワークの軸端面をパンチの押圧部で押圧することによりつぶしてワークの中空部の内径をパンチの凸部の外径まで縮径させて加工後凹部を形成するツブシ成形と、ワークの軸端面をパンチの押圧部で押圧することによりワークを第２の内径部に押し出して第１の外径部と第２の外径部とを形成する押し出し成形とが１ストロークで行なわれるよう、ワークの形状とダイスの形状とをツブシ成形に要する荷重が押し出し成形に要する荷重よりも大きくなるよう設定して、ワークをプレス機を用いてプレス加工する。これにより、プレス機を１ストロークさせるだけでツブシ成形と押し出し成形とを行なって加工後凹部と第１および第２外径部とを形成することができる。この結果、工程負担を低減してシャフトの生産性をより向上させることができる。
【０００８】
こうした本発明のシャフトの製造方法において、前記ワークの中空部には、前記加工後凹部よりも内径が大きな加工前凹部と該加工前凹部の底に設けられた貫通孔とが同軸上に形成され、前記パンチの凸部には、外径が前記貫通孔の内径よりも小さな径と、外径が前記貫通孔の内径よりも大きく前記加工前凹部の内径よりも小さな径とが同軸上に段差をもって形成されてなるものとすることもできる。こうすれば、シャフトに軸中心を貫通する長孔を形成する際の工程負担をより低減させることができる。
【０００９】
また、本発明のシャフトの製造方法において、前記ワークの加工前凹部をプレス加工により成形するものとすることもできる。こうすれば、工程負担をより低減させることができる。
【００１０】
さらに、本発明のシャフトの製造方法において、冷間鍛造を用いて前記ワークをプレス加工するものとすることもできる。こうすれば、工程負担をさらに低減させることができる。
【００１１】
また、本発明のシャフトの製造方法において、前記プレス機は、トランスファー方式またはタンデム方式のプレス加工で行なう複数の工程のうち中間工程に用いられるものとすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１３】
図１はプレス装置１０の構成の概略を示す構成図であり、図２はシャフトの製造工程の一例を示す説明図であり、図３は粗材２０ａから完成品としてのシャフトに至るまでの各工程で成形される中間材２０ｂ〜２０ｆの斜視図であり、図４は図３の粗材２０ａおよび中間材２０ｂ〜２０ｆの断面を示す断面図である。プレス装置１０は、図１に示すように、粗材２０ａを各工程Ａ〜Ｅに順次搬送して各工程Ａ〜Ｅに配置されたプレス機３０ａ〜３０ｅで順次プレス加工することにより軸中心に細長孔を有するシャフトを製造するトランスファー型のプレス装置として構成されており、上部に配置され油圧駆動により上下動可能なスライド１２と、下部に配置されたボルスタ１４と、粗材２０ａを各工程Ａ〜Ｅに搬送する搬送台１６と、スライド１２に固定された上型３２ａ〜３２ｅと、ボルスタ１４に固定された下型３４ａ〜３４ｅと、を備える。なお、プレス装置１０により製造されるシャフトは、例えば、自動変速機のドライブシャフトとして用いられる。以下、このプレス装置１０によりシャフトを製造する工程について図２の工程図を用いて図３および図４を参照しながら説明する。
【００１４】
シャフトの製造工程としては、図２の工程図に示すように、まず、粗材２０ａに対して必要な前処理を施す（工程Ｓ１００）。粗材２０ａは、外径が値Ｗ１の円柱形状の部材として形成されており（図３（ａ）および図４（ａ）参照）、低炭素鋼や低炭素合金鋼，アルミニウム，アルミニウム合金，銅，銅合金などの冷間鍛造が可能な材料が用いられている。外径を値Ｗ１に設定している理由については後述する。この粗材２０ａに対して施す所定の前処理としては、後工程で冷間鍛造を適切に行なうための軟化焼鈍やショットブラスト、ボンデ処理などを挙げることができる。なお、ショットブラストは、無数の砥粒を高速噴射して材料表面のスケールの除去や表面研掃を行なう処理である。また、ボンデ処理は、材料表面の摩擦係数を小さくするための潤滑処理であり、例えば、材料の表面に化成皮膜（例えば、燐酸塩皮膜など）を形成すると共にこの化成皮膜の表面を金属石けんなどによりコーティングすることにより行なわれる。
【００１５】
次に、粗材２０ａに対してプレス機３０ａを用いて冷間鍛造による後方押し出し成形を行なう（工程Ｓ１１０）。後方押し出し成形により得られる中間材２０ｂの斜視図を図３（ｂ）に示し、その断面図を図４（ｂ）に示す。中間材２０ｂには、後方押し出し成形により、内径が値Ｗ２の凹部２２が形成される。冷間鍛造では、粗材２０ａの外径面積に対する凹部２２の内径面積の比率が所定比率（例えば、２５％）を超えるよう行なう必要から、冷間鍛造によって凹部２２を比較的小さな内径に成形することは困難である。実施例では、冷間鍛造可能な比較的大きな内径で凹部２２を形成しておき、後工程により凹部２２の縮径を行なっている。この縮径の工程については後述する。後方押し出し成形が行なわれると、後方押し出し成形後の中間材２０ｂに対してプレス機３０ｂを用いて凹部２２の底に貫通孔２２を形成する穴抜き工程を行なう（工程Ｓ１２０）。なお、穴抜き工程により得られる中間材２０ｃの斜視図を図３（ｃ）に、その断面図を図４（ｃ）に示す。
【００１６】
そして、中間材２０ｃに対してプレス機３０ｃを用いて冷間鍛造による第１軸絞り成形を行なう（工程Ｓ１３０）。第１軸絞り成形により得られる中間材２０ｄの斜視図を図３（ｄ）に示し、その断面図を図４（ｄ）に示す。図示するように、中間材２０ｄは、第１軸絞り成形により、凹部２２と貫通孔２４とから第１の長孔２２ａと第２の長孔２４ａとが形成される。
【００１７】
図５はプレス機３０ｃの構成の概略を示す構成図であり、図６は図５中のＡ領域を拡大した拡大図である。第１軸絞り成形に用いられるプレス機３０ｃは、図５および図６に示すように、スライド１２に固定された上型３２ｃと、ボルスタ２４に固定された下型３４ｃとにより構成されている。上型３２ｃは、スライド１２に固定されスライド１２の上下動によりワークとしての中間材２０ｃの外径Ｗ１と略同径の外径Ｐ１をもって中間材２０ｃの軸端面を押圧可能な押圧部４２と、押圧部５２の軸中心から突出した細長の突出部４４とが形成されたパンチ４０を備える。このパンチ４０の突出部４４は、第１軸絞り成形により中間材２０ｃに対して軸中心に細長孔を形成するために、中間材の凹部２２の内径Ｗ２よりも小さな径の外径Ｐ２の太軸部４４ａと、太軸部４４ａの外径Ｐ２よりも小さく中間材２０ｃの貫通孔２４の内径Ｗ３よりも若干小さな外径Ｐ３の細軸部４４ｂとが同軸上に形成されている。下型３４ｃは、中間材２０ｃの外径Ｗ１と略同径の内径Ｄ１をもって中間材２０ｃを載置可能な載置部５２と、載置部５２の内径Ｄ１から小径の内径Ｄ２まで下方に向けて徐々に縮径するようテーパ状に形成されたテーパ部５４と、内径Ｄ２の円筒部５６とが同軸上に形成されたダイス５０を備える。
【００１８】
こうして構成されたプレス機３０ｃでは、下型３４ｃの載置部５２に中間材２０ｃをセットし、スライド１２の駆動により上型３２ｃを上下動させてパンチ４０の押圧部４２で中間材２０ｃの軸端面を押圧することにより、テーパ部５４で支持されている状態で材料をつぶして径方向に流動させることにより中間材２０ｃの凹部２２の一部の内径Ｗ２を太軸部４４ａの外径Ｐ２に相当する径まで縮径させるツブシ成形と、材料をテーパ部５４から押し出して下方に流動させることにより中間材２０ｃの一部の外径Ｗ１を円筒部５６の内径Ｄ２に相当する径まで縮径させると共に細軸部４４ｂによりガイドされて軸中心に凹部２２に対応する第１の長孔２２ａと貫通孔２４に対応する第２の長孔２２ｂとを形成する軸絞り成形とを行なう。図７に、中間材２０ｃの外径Ｗ１とツブシ成形に要する成形荷重（ツブシ荷重）と軸絞り成形（押し出し成形）に要する成形荷重（軸絞り荷重）の関係を示す。実施例では、図示するように、中間材２０ｃの外径Ｗ１（粗材２０ａの外径Ｗ１）は、軸絞り荷重がツブシ荷重よりも十分大きくなるよう設計するものとした。これにより、ツブシ成形と軸絞り成形とをこの順で１ストロークにより行なうことができる。
【００１９】
図８は、第１軸絞り成形により中間材２０ｃが成形される様子を示す説明図である。図８（ａ）は、変形前の中間材２０ｃを示す。中間材２０ｃは、その軸端面がパンチ４０の押圧部４２で押圧されると、材料の流動が開始される。このとき、ワークとしての中間材２０ｃの外径Ｗ１（ダイス５０の載置部５２の内径Ｄ１）を軸絞り荷重よりもツブシ荷重が小さくなるよう設計しているから、材料はテーパ部５４よりも下方には流動せずに径方向に流動し、中間材２０ｃの凹部２２は縮径する（図８（ｂ）および図８（ｃ）参照）。中間材２０ｃの凹部２２が太軸部４４ａの外径Ｐ２に相当する径まで縮径して径方向への材料の流動が完了すると、材料の逃げ場がテーパ部５４から下方しかなくなるから、材料は突出部４４（太軸部４４ａおよび細軸部４４ｂ）によるガイドを伴って下方に押し出され、軸中心に第１の長孔２２ａと第２の長孔２４ａとを形成しながらシャフト状に成形されていく（図８（ｄ）および図８（ｅ）参照）。
【００２０】
こうして第１軸絞り成形が行なわれると、第１軸絞り成形により得られた中間材２０ｄの軸長を更に長くするためにプレス機３２ｄを用いて周知の軸絞り成形を行なう第２軸絞り成形を行ない（工程Ｓ１４０）、第２軸絞り成形により得られた中間材２０ｅに対してプレス機３２ｅを用いて据え込み成形を行なうことによりフランジ２６を形成し（工程Ｓ１５０）、据え込み成形により得られた中間材２０ｆに対して表面を切削加工したりコーティングされている潤滑剤を除去する洗浄処理などの所定の後処理を行なって（工程Ｓ１６０）、シャフトが完成する。第２軸絞り成形により得られる中間材２０ｅの斜視図を図３（ｅ）に示し、その断面図を図４（ｅ）に示す。また、据え込み成形により得られる中間材２０ｆの斜視図を図３（ｆ）に示し、その断面図を図４（ｆ）に示す。なお、据え込み成形については周知の技術であるから、その説明は省略する。
【００２１】
以上説明した実施例のシャフトの製造方法によれば、ワークとしての中間材２０ｃの外径Ｗ１と略同径の外径Ｐ１をもって中間材２０ｃの軸端面を押圧する押圧部４２と中間材２０ｃの凹部２２の内径Ｗ２よりも小さな径の外径Ｐ２の太軸部４４ａを有する突出部４４とが同軸上に形成されたパンチ４０を備える上型３２ｃと、中間材２０ｃの外径Ｗ１と略同径の内径Ｄ１をもって中間材２０ｃを載置する載置部５２とテーパ部５４と内径Ｄ１よりも小さな内径Ｄ２の円筒部５６とが同軸上に形成されたダイス５０を備える下型３４ｃとによりプレス機３０ｃを構成し、中間材２０ｃの外径Ｗ１とダイス５０の載置部５２の内径Ｄ１とを、軸絞り成形に要する軸絞り荷重がツブシ成形に要するツブシ荷重よりも大きくなるよう設計するから、ツブシ成形と軸絞り成形とをこの順で１ストロークにより行なうことができる。この結果、工程負担をより低減させることができ、シャフトの生産性をより向上させることができる。
【００２２】
実施例のシャフトの製造方法では、軸中心に貫通する第１および第２の長孔２２ａ，２４ａを有するシャフトを製造するものに適用して説明したが、軸中心に貫通しない凹部を有するシャフトを製造するものとしても構わない。
【００２３】
実施例のシャフトの製造方法では、中間材２０ｃの凹部２２をプレス機２０ａを用いて後方押し出し成形により形成するものとしたが、切削加工など他の如何なる手法により形成するものとしても差し支えない。
【００２４】
実施例のシャフトの製造方法は、トランスファー型のプレス装置を用いて連続的にプレス加工することによりシャフトを製造するものとしたが、これに限定されるものではなく、単発のプレス機を並べてタンデムプレスによりシャフトを製造するものとしてもよい。
【００２５】
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、軸中心に凹部２２と貫通孔２４とを有する中間材２０ｃが「ワーク」に相当し、プレス機３０ｃが「プレス機」に相当し、中間材２０ｃの外径Ｗ１と略同径の内径Ｄ１の載置部５２と、テーパ部５４と、内径Ｄ１よりも小さな内径Ｄ２の円筒部５６とが同軸上に形成されたダイス５０が「ダイス」に相当し、中間材２０ｃの外径Ｗ１と略同径の外径Ｐ１の押圧部４２と、中間材２０ｃの凹部２２の内径Ｗ２よりも小さな径の外径Ｐ２の太軸部４４ａと、中間材２０ｃの貫通孔２４の内径Ｗ３よりも若干小さな外径Ｐ３の細軸部４４ｂとからなる突出部４４とが同軸上に形成されたパンチ４０が「パンチ」に相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００２６】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、シャフトの製造産業などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】プレス装置１０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】シャフトの製造工程の一例を示す説明図である。
【図３】粗材２０ａから完成品としてのシャフトに至るまでの各工程で成形される中間材２０ｂ〜２０ｆの斜視図である。
【図４】図３の粗材２０ａおよび中間材２０ｂ〜２０ｆの断面を示す断面図である。
【図５】プレス機３０ｃの構成の概略を示す構成図である。
【図６】図５のプレス機３０ｃのＡ領域を拡大した拡大図である。
【図７】中間材２０ｃの外径Ｗ１とツブシ成形に要する成形荷重（ツブシ荷重）と軸絞り成形（押し出し成形）に要する成形荷重（軸絞り荷重）の関係を示す説明図である。
【図８】第１軸絞り成形により中間材２０ｃが成形される様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  プレス機、１２  スライド、１４  ボルスタ、１６  搬送台、２０ａ  粗材、２０ｂ〜２０ｆ  中間材、２２  凹部、２２ａ  第１の長孔、２４  貫通孔、２４ａ  第２の長孔、２６  フランジ、３０ｃ  プレス機、３２ａ〜３２ｅ  上型、３４ａ〜３４ｅ  下型、４０  パンチ、４２  押圧部、４４  突出部、４４ａ  太軸部、４４ｂ  細軸部、５０  ダイス、５２  載置部、５４  テーパ部、５６  円筒部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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